CN108501972A - 铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接方法及装置 - Google Patents

铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接方法及装置 Download PDF

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Abstract

铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接方法及装置，包括轮对、滚动轴承装置、承载鞍、副构架、交叉连接杆；其中，滚动轴承装置组装于轮对的轴颈上，承载鞍通过其弧形面座于滚动轴承装置外圈上，副构架与交叉连接杆通过圆柱销联接，其特征在于：副构架座于两承载鞍上并通过关节轴承与承载鞍联接；副构架接受转向架侧架传递的垂向载荷，然后通过承载鞍均匀传递给滚动轴承装置上；承载鞍接受来自滚动轴承装置传递的车轮导向力，通过关节轴承准刚性地传递给副构架，然后通过交叉杆等传递给另一轮对。

Description

铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接方法及装置
技术领域
本发明涉及到一种铁路货车车辆的行走方法及装置，具体涉及一种铁路货车转向架自导向方法及转向架，特别是三大件式自导向转向架自导向方法及自导向转向架。主要用于铁路货车行走过程中的转向导向牵引，属铁路货车转向架导向技术领域。
背景技术
南非铁路工程师Scheffel先生发明的铁路货车自导向径向转向架，由于其不仅具有优良的曲线通过性能，而且有具有良好的直线稳定性，因此在非洲、东南亚等一些曲线较多且曲线半径较小的窄轨及米轨线路上得以广泛地应用。
目前铁路货车大量应用的自导向转向架是基于传统的三大件式货车转向架改进设计而成，主要由轮对、轴承、侧架、摇枕、旁承、基础制动装置及轮对自导向装置所组成。该转向架增加轮对自导向装置后，其轮对在通过曲线时趋于曲线半径方向位置，从而减少车轮相对于钢轨的冲角，降低轮缘磨耗，达到延长车轮使用寿命，降低维护成本的目的。
传统的轮对自导向装置的基本结构如附图1所示，传统的Scheffel转向架自导向装置主要由轮对1、滚动轴承装置2、承载鞍3、承载鞍斜楔4、副构架5、联接销6及交叉连接杆7等组成。副构架5与承载鞍3通过承载鞍斜楔4在水平面内实现刚性联接。同时两刚性联接体与两交叉连接杆7组成水平面内的四杆联接机构。该四杆机构使得两轮对之间具有很大的轴间抗剪切刚度，满足转向架高速运行稳定性的要求；同时，在外力作用下，改四杆机构可迫使两轮对1之间产生相互转动。当转向架通过曲线时，前面导向轮对与钢轨之间的蠕滑力通过四杆机构传递给后面轮对，从而使两轮对产生相对转动，趋于曲线的径向位置，使得轮对在曲线上运行时尽可能地接近理想的“纯滚动”状态，从而达到降低曲线通过时的轮轨力、减小轮轨磨耗及减小燃油消耗的目的。
如附图2所示，传统Scheffel转向架自导向机构组装时，必须先将副构架5与承载鞍3在专用组装胎膜上进行定位，然后在副构架5与每个承载鞍3四周之间塞入承载鞍斜楔4，确定副构架5与承载鞍3无水平内的间隙后，再将承载鞍斜楔4焊固于副构架3上。承载鞍3的顶面设计成沿车辆运行方向的圆柱面，且利用承载3可绕滚动轴承装置2转动的特性，实现两个承载鞍3的顶面与副构架5上两接触平面的密贴，消除副构架5两接触平面的平面度误差引起的偏载，从而将垂向载荷均匀传递至滚动轴承装置2上。而且八个承载鞍斜楔4将两个承载鞍3在水平面内完全约束于构架上，可消除水平面内承载鞍3与副构架5之间在水平面内的装配间隙，实现导向力在水平面内的刚性传递，达到最好地导向效果。因此，传统自导向转向架自导向装置的设计，可以有效消除制造误差对力的传递产生的不利影响，实现轴承装置在垂向均匀受力以及导向力在水平面的刚性有效传递，是合理的。
然而，由于承载鞍3滚动轴承装置2的外圈之间不可避免地存在有装配间隙，在运用一段时间后，承载鞍3的鞍面将出现磨耗。通常，在转向架大修时必须将承载鞍3进行更换。当更换新的承载鞍3时，必须将承载鞍斜楔4切除，重新将新的承载鞍3进行焊固。因此，这种装配方法，存在的主要缺点为：1）承载鞍3与副构架5组装时，必须在专用工装上完成定位，采用承载鞍斜楔4进行现场配焊，才能完成其相关位置关系的确定，组装工作量大，引起制造与维护成本的增加，不利于批量推广。2）采用焊接方法进行焊固后，无法简便地消除焊接残余应力，且副构架5、承载鞍斜楔4与承载鞍3都属于簧下质量，在承受线路传递的高频激扰时，容易产生疲劳裂纹，影响导向机构的可靠性，给车辆运行带来安全隐患。由于上述问题的存在，限制了其推广使用。
为了解决此问题，中国的转K7型转向架设计时，将附图2的承载鞍7与副构架铸造成一个整体，但对加工精度要求特别高。由于副构架属于细长结构，加工时由于工件装夹及切削力会引起两鞍面产生的同轴度误差，极易引起轴承的偏载，而造成轴温升高，导致车轴热切的安全事故。同时，鞍面磨耗时，必须将副构架整个报废，造成浪费与成本增加。因此，很难进行批量推广。
专利号为“CN204383484 U”公布了一种“柔性副构架”，试图通过板弹簧的弹性来解决制造误差对轴承受力均匀的问题。该方法对轴承均匀受力有一定的改善作用，然而由于板弹簧的弹性力引起对轴承的偏载始终存在，因此无法从根本上解决轴承在垂向的均匀受力问题。而且由于，横向采用了调整垫片，互换性问题也未得以有效解决。同时，联接与紧固环节，特别是传递导向力的联接环节相对较多，联接可靠性问题依然未得以彻底解决。
专利号为“CN203651975 U”公布了一种“承载鞍分体结构的副构架式转向架”，在副构架与承载鞍之间增加承载鞍弹性垫，可以解决其轴承垂向载荷均匀传递的问题，但由于水平面的弹性，会影响导向力的传递，降低其自导向效果。
所以上述这些专利虽然都涉及到铁路货车转向架的自导向，也提出了一些结构性的改进，但都没有从根本上改变现有自导向所存在的问题，因此仍有待进一步加以改进。
发明内容
本发明的目的在于针对现有铁路货车转向架自导向方法及装置所存在的不足，提出一种新的铁路货车转向架的自导向方法及装置，该铁路货车转向架的自导向方法及装置可以有效地改善转向架的可安装与可维护性能，缩短转向架固定轴距及轴径中心距离，方便基础制动装置布置安装，从而达到显著降低制造与维护成本的目的。
为了达到这一目的，本发明提供了一种铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接方法，包括轮对、滚动轴承装置、承载鞍、副构架、交叉连接杆；其中，滚动轴承装置组装于轮对的轴颈上，承载鞍通过其弧形面座于滚动轴承装置外圈上，副构架与交叉连接杆通过圆柱销联接，其特征在于：副构架座于两承载鞍上并通过关节轴承与承载鞍联接；副构架接受转向架侧架传递的垂向载荷，然后通过承载鞍均匀传递给滚动轴承装置上；承载鞍接受来自滚动轴承装置传递的车轮导向力，通过关节轴承准刚性地传递给副构架，然后通过交叉杆等传递给另一轮对。
进一步地，所述的副构架座于两承载鞍上并通过关节轴承与承载鞍联接是副构架两端具有两水平承载平面；承载鞍顶部沿承载鞍纵向（车辆运行方向）及横向（与车轴轴线平行方向）对称地分布有两球形凸台；承载鞍顶部轴通过关节轴承与副构架承载平面中心设置的孔联接；副构架将承受的垂向载荷，通过其两水平承载面及承载鞍顶部球面凸台均匀地传递给滚动轴承装置；承载鞍通过其垂直轴及关节轴承传递水平导向力。
进一步地，所述的承载鞍顶部纵向与横向中心线交点部位具有垂直轴；副构架两端各有一个垂向承载平面；每个承载鞍上有两个沿车轴轴线对称布置的球面凸台，该两球面凸台的顶点应位于（或尽量靠近）承载鞍与轴承配合弧面的纵向（车辆运行方向）铅垂对称平面内。这样，当副构架两垂向承载平面由于制造原因引起不共面误差时，仍然能通过两球面凸台将垂向负载均匀地传递给滚动轴承装置。
进一步地，所述的承载鞍顶面固定有一垂直轴，通过关节轴承与副构架顶面孔联接；关节轴承的外圈压装于副构架垂直孔内，内圈套装于垂直轴上。当垂直轴存在有制造引起的垂直度误差时，利用关节轴承连接可消除其误差带来的不利影响，可尽可能地减少副构架与承载鞍联接的水平间隙，从而达到有效传递水平导向力的目的。
进一步地，所述的球面凸台固定于副构架承载底面上，此时承载鞍顶面为一平面。
进一步地，所述的垂直轴固定于副构架承载底面上，承载鞍顶面有一圆柱孔以固定关节轴承外圈。
进一步地，所述的同一承载鞍顶面（或副构架同一承载面上）的球形凸台，为一个轴线位于承载鞍弧面的纵向（车辆运行方向）铅垂对称平面内的圆柱面。
一种铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接装置，包括轮对、滚动轴承装置、承载鞍、副构架、交叉连接杆；其中，滚动轴承装置组装于轮对的轴颈上，承载鞍通过其弧形面座于滚动轴承装置外圈上，副构架与交叉连接杆通过圆柱销联接，其特征在于：副构架座于两承载鞍上并通过关节轴承与承载鞍联接。
进一步地，副构架两端具有两水平承载平面；承载鞍顶部沿承载鞍纵向（车辆运行方向）及横向（与车轴轴线平行方向）对称地分布有两球形凸台，同时，承载鞍顶部纵向与横向中心线交点部位具有垂直轴。
进一步地，所述的承载鞍顶部轴通过关节轴承与副构架承载平面中心设置的孔联接。
本发明的优点在于：
本发明采取副构架座于两承载鞍上并通过关节轴承与承载鞍联接，可以在不改变传统转向架的总体布置情况下，实现非焊接的副构架与承载鞍联接，该副构架与承载鞍联接方法及装置。主要有以下特点：
1、由于本发明采用的副构架与承载鞍的垂向载荷传递方式，对副构架的制造精度要求大幅度降低，可以显著地降低副构架的制造成本。
2、由于本发明所采用的副构架与承载鞍的联接方式简单，承载鞍磨耗后更换方便，可以大幅度降低转向架自导向装置的维护成本。
3、由于本发明的副构架与承载鞍采用无焊接联接，且联接间隙小，从而可较大地提高其系统可靠性。
4、由于本发明的副构架与承载鞍的联接无需采用现场配焊或加垫调整等方法来实现，因此可以实现所有零部件的完全互换，适合于大批量生产与检修，从而降低其制造、维护与运用成本。
附图说明
图1现有自导向装置装配示意图；
图2 现有自导向装置的副构架与承载鞍联接的装配示意图；
图3 本发明自导向装置的装配示意图；
图4本发明承载鞍结构示意图；
图5本发明副构架结构示意图；
图6本发明副构架与承载鞍联接的装配示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。
实施例一
通过附图2-6可以看出，本发明涉及一种铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接装置，包括轮对、滚动轴承装置、承载鞍、副构架、交叉连接杆；其中，滚动轴承装置组装于轮对的轴颈上，承载鞍通过其弧形面座于滚动轴承装置外圈上，副构架与交叉连接杆通过圆柱销联接，其特征在于：副构架座于两承载鞍上并通过关节轴承与承载鞍联接。
副构架两端具有两水平承载平面；承载鞍顶部沿承载鞍纵向（车辆运行方向）及横向（与车轴轴线平行方向）对称地分布有两球形凸台，同时，承载鞍顶部纵向与横向中心线交点部位具有垂直轴。
所述的承载鞍顶部轴通过关节轴承与副构架承载平面中心设置的孔联接。
下面按照附图进行描述如下：
如附图3所示，本发明涉及一种铁路货车转向架自导向装置，包括轮对101、滚动轴承装置102、承载鞍103、副构架104、关节轴承105、交叉连接杆106及联接销107。承载鞍103通过其弧形鞍面座于轮对101与滚动轴承装置102上，副构架104座于承载鞍103上，并通过关节轴承105联接。两副构架104通过联接销107与两交叉连接杆106联接，行程水平面的四杆导向机构。
如附图4及附图5所示，本发明涉及的承载鞍103顶部有两个对称布置的顶部为球面或圆柱面（柱面中心轴线位于承载鞍铅垂堆成平面内）的承载凸台108；副构架两端各有一个承载平面111。车辆的重力通过副构架承载面111传递至两个承载凸台108上，然后在均匀作用于滚动轴承装置102的外圈上。即使副构架104两承载平面111存在有较大的平面度制造误差，其与承载鞍103顶部的接触部位始终位于承载鞍103的横向（车轴轴线方向）对称面附近，从而极大限度地保证了垂向载荷的均匀传递。因此，确保性能的同时，副构架104两承载平面111的制造误差可大幅降低，从而可以大幅度降低副构架的制造成本。
同时，承载鞍103的顶部有一个垂向轴109，副构架104承载部位有一个垂直孔110。如附图6所示，关节轴承105由内圈501及外圈502组成。外圈502安装于副构架104的垂直孔110内；内圈501套装于承载鞍103的垂直轴109上。外圈502及内圈501的安装应尽可能减小径向装配间隙，可采用小间隙、过渡或过盈配合。由于关节轴承105的内圈501与外圈502之间的配合间隙相当小，因此，来自轮对的导向力，可基本上由承载鞍103刚性有效地传递给副构架104，然后再由副构架104通过连接销107、交叉连接杆106等，最终有效地传递至另一轮对上。当垂向轴109及垂向孔110存在垂直度制造偏差时，可通过关节轴承105的球面进行调节，不会产生附加载荷。这种水平导向力的传递方式，相对简单，承载鞍可实现完全互换，极大地方便了维护检修，从而可显著地降低维护成本。
此外，在承载鞍103与副构架104采用垂向轴109传递水平载荷，安全可靠，跟既有技术比较，可显著提高系统安全性。
实施例二
实施例二的结构与实施例一基本原理是一样的，只是所述的球面凸台固定于副构架承载底面上，此时承载鞍顶面为一平面。
进一步地，所述的垂直轴固定于副构架承载底面上，承载鞍顶面有一圆柱孔以固定关节轴承外圈。
进一步地，所述的同一承载鞍顶面（或副构架同一承载面上）的球形凸台，为一个轴线位于承载鞍弧面的纵向（车辆运行方向）铅垂对称平面内的圆柱面。
上述所列实施例，只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
通过上述实施例可以看出，本发明还涉及一种铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接方法，包括轮对、滚动轴承装置、承载鞍、副构架、交叉连接杆；其中，滚动轴承装置组装于轮对的轴颈上，承载鞍通过其弧形面座于滚动轴承装置外圈上，副构架与交叉连接杆通过圆柱销联接，其特征在于：副构架座于两承载鞍上并通过关节轴承与承载鞍联接；副构架接受转向架侧架传递的垂向载荷，然后通过承载鞍均匀传递给滚动轴承装置上；承载鞍接受来自滚动轴承装置传递的车轮导向力，通过关节轴承准刚性地传递给副构架，然后通过交叉杆等传递给另一轮对。
进一步地，所述的副构架座于两承载鞍上并通过关节轴承与承载鞍联接是副构架两端具有两水平承载平面；承载鞍顶部沿承载鞍纵向（车辆运行方向）及横向（与车轴轴线平行方向）对称地分布有两球形凸台；承载鞍顶部轴通过关节轴承与副构架承载平面中心设置的孔联接；副构架将承受的垂向载荷，通过其两水平承载面及承载鞍顶部球面凸台均匀地传递给滚动轴承装置；承载鞍通过其垂直轴及关节轴承传递水平导向力。
进一步地，所述的承载鞍顶部纵向与横向中心线交点部位具有垂直轴；副构架两端各有一个垂向承载平面；每个承载鞍上有两个沿车轴轴线对称布置的球面凸台，该两球面凸台的顶点应位于（或尽量靠近）承载鞍与轴承配合弧面的纵向（车辆运行方向）铅垂对称平面内。这样，当副构架两垂向承载平面由于制造原因引起不共面误差时，仍然能通过两球面凸台将垂向负载均匀地传递给滚动轴承装置。
进一步地，所述的承载鞍顶面固定有一垂直轴，通过关节轴承与副构架顶面孔联接；关节轴承的外圈压装于副构架垂直孔内，内圈套装于垂直轴上。当垂直轴存在有制造引起的垂直度误差时，利用关节轴承连接可消除其误差带来的不利影响，可尽可能地减少副构架与承载鞍联接的水平间隙，从而达到有效传递水平导向力的目的。
进一步地，所述的球面凸台固定于副构架承载底面上，此时承载鞍顶面为一平面。
进一步地，所述的垂直轴固定于副构架承载底面上，承载鞍顶面有一圆柱孔以固定关节轴承外圈。
进一步地，所述的同一承载鞍顶面（或副构架同一承载面上）的球形凸台，为一个轴线位于承载鞍弧面的纵向（车辆运行方向）铅垂对称平面内的圆柱面。
本发明的优点在于：
本发明采取副构架座于两承载鞍上并通过关节轴承与承载鞍联接，可以在不改变传统转向架的总体布置情况下，实现非焊接的副构架与承载鞍联接，该副构架与承载鞍联接方法及装置。主要有以下特点：
1、由于本发明采用的副构架与承载鞍的垂向载荷传递方式，对副构架的制造精度要求大幅度降低，可以显著地降低副构架的制造成本。
2、由于本发明所采用的副构架与承载鞍的联接方式简单，承载鞍磨耗后更换方便，可以大幅度降低转向架自导向装置的维护成本。
3、由于本发明的副构架与承载鞍采用无焊接联接，且联接间隙小，从而可较大地提高其系统可靠性。
由于本发明的副构架与承载鞍的联接无需采用现场配焊或加垫调整等方法来实现，因此可以实现所有零部件的完全互换，适合于大批量生产与检修，从而降低其制造、维护与运用成本。

Claims (10)

1.铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接方法，包括轮对、滚动轴承装置、承载鞍、副构架、交叉连接杆；其中，滚动轴承装置组装于轮对的轴颈上，承载鞍通过其弧形面座于滚动轴承装置外圈上，副构架与交叉连接杆通过圆柱销联接，其特征在于：副构架座于两承载鞍上并通过关节轴承与承载鞍联接；副构架接受转向架侧架传递的垂向载荷，然后通过承载鞍均匀传递给滚动轴承装置上；承载鞍接受来自滚动轴承装置传递的车轮导向力，通过关节轴承准刚性地传递给副构架，然后通过交叉杆等传递给另一轮对。
2.如权利要求1所述的铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接方法，其特征在于：所述的副构架座于两承载鞍上并通过关节轴承与承载鞍联接是副构架两端具有两水平承载平面；承载鞍顶部沿承载鞍纵向及横向对称地分布有两球形凸台；承载鞍顶部轴通过关节轴承与副构架承载平面中心设置的孔联接；副构架将承受的垂向载荷，通过其两水平承载面及承载鞍顶部球面凸台均匀地传递给滚动轴承装置；承载鞍通过其垂直轴及关节轴承传递水平导向力。
3.如权利要求2所述的铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接方法，其特征在于：所述的承载鞍顶部纵向与横向中心线交点部位具有垂直轴；副构架两端各有一个垂向承载平面；每个承载鞍上有两个沿车轴轴线对称布置的球面凸台，该两球面凸台的顶点应位于承载鞍与轴承配合弧面的纵向铅垂对称平面内；当副构架两垂向承载平面由于制造原因引起不共面误差时，仍然能通过两球面凸台将垂向负载均匀地传递给滚动轴承装置。
4.如权利要求3所述的铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接方法，其特征在于：所述的承载鞍顶面固定有一垂直轴，通过关节轴承与副构架顶面孔联接；关节轴承的外圈压装于副构架垂直孔内，内圈套装于垂直轴上。当垂直轴存在有制造引起的垂直度误差时，利用关节轴承连接可消除其误差带来的不利影响，可尽可能地减少副构架与承载鞍联接的水平间隙，从而达到有效传递水平导向力的目的。
5.如权利要求3所述的铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接方法，其特征在于：所述的球面凸台固定于副构架承载底面上，此时承载鞍顶面为一平面。
6.如权利要求4所述的铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接方法，其特征在于：所述的垂直轴固定于副构架承载底面上，承载鞍顶面有一圆柱孔以固定关节轴承外圈。
7.如权利要求6所述的铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接方法，其特征在于：所述的同一承载鞍顶面的球形凸台，为一个轴线位于承载鞍弧面的纵向铅垂对称平面内的圆柱面。
8.一种铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接装置，包括轮对、滚动轴承装置、承载鞍、副构架、交叉连接杆；其中，滚动轴承装置组装于轮对的轴颈上，承载鞍通过其弧形面座于滚动轴承装置外圈上，副构架与交叉连接杆通过圆柱销联接，其特征在于：副构架座于两承载鞍上并通过关节轴承与承载鞍联接。
9.如权利要求8所述的铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接装置，其特征在于：副构架两端具有两水平承载平面；承载鞍顶部沿承载鞍纵向及横向对称地分布有两球形凸台，同时，承载鞍顶部纵向与横向中心线交点部位具有垂直轴。
10.如权利要求9所述的铁路货车自导向转向架副构架座与承载鞍联接装置，其特征在于：所述的承载鞍顶部轴通过关节轴承与副构架承载平面中心设置的孔联接。
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